基于地铁隧道的螺旋形扫描数据处理方法研究

采用动态激光扫描技术对地铁隧道进行变形监测时,得到的隧道实际轮廓数据为螺旋线型。提出了一种直接对螺旋线形点云数据进行处理的方法,能够有效剔除扫描数据中的粗大误差,剔除粗差后的数据进一步经过曲线光顺处理和三次B样条曲面重建后能够得到比较理想的隧道曲面重建效果,并选取一段实测数据论证了该方法的拟合精度和适用性。     

截面测量数据的B样条曲面拟合

针对激光扫描仪测量得到的截面型数据,提出了对截面线重新采样的方法,分析了重采样数据拟合曲线的误差,及平方误差随重采样比例变化的规律,从而通过控制误差来确定重采样数目.构造插值于截面数据点的非均匀B样条,再对其进行相同数目的采样,得到了呈矩形分布的点阵,采用双向平均积累弦长参数化方法确定、方向节点矢量,用插值的方法进行曲面拟合.此种方法不仅避免了对轮廓线进行相容性的处理,而且减少了模型数据量,提高了曲面重构的效率.     

基于单向型隧道内衬机器人环切路径规划及仿真验证

针对单向型隧道内衬机器人环切路径进行研究,通过拟合采集的隧道坐标得到单向型隧道环截面轮廓方程,算法推导出路径点。在MATLAB中搭建六自由度机器人结构模型,将末端位姿通过运动学逆解转换为机器人关节坐标,并在线仿真机器人末端运动路径,仿真结果与隧道轮廓进行对比分析,证明推导机器人末端路径的正确性。     

基于CCD激光测微传感器的螺旋焊管周长在线检测技术

针对大尺寸螺旋焊管周长在线检测的难题,提出了一种基于CCD激光测微传感器的技术方案.该方案利用4组CCD测微传感器对螺旋焊管截面2个正交外径进行数据采集,结合螺旋焊管卷焊速度,构造截面点坐标,通过最小二乘椭圆算法对焊管截面圆进行拟合,计算出截面椭圆的周长,作为该段螺旋焊管中心截面周长的最优估计值.搭建了一套实验系统,对...     

基于磨齿机床在线测量系统的探头标定方法研究

基于在线测量机床系统误差提出一种测量探头的高精度标定方法。选用标准量棒作为标定参考,首先测量量棒同一截面位置上的不同点来获取测量数据,然后根据最小二乘法对测量数据进行测量圆拟合,最后将拟合圆心坐标进行几何处理,得到测量探头中心坐标。该标定方法简单有效、适用范围广,可有效解决标定时探头自由度较少的问题,为测量仪上探头的标定提供参考。     

地铁隧道变形监测的数字图像处理技术研究

提出利用数字图像处理技术对地铁隧道变形进行监测的方案.通过对隧道内定点放置的目标光源进行拍摄,得到所拍摄的图像,并对图像进行平滑、锐化、腐蚀、膨胀、去噪等预处理,获取目标光源清晰轮廓,然后对图像进行二值化,边界提取,进而通过最小二乘法,拟合圆心,计算出目标光源圆心的位置变化,从而得出地铁隧道纵向的变形量.实验结果表明,该方法在地铁隧道变形检测系统中得到的隧道变形量比较精确、可靠.     

激光扫描追踪人体目标位姿的算法研究

针对人体目标位姿的追踪问题,对二维激光扫描仪的工作原理进行了归纳,对所测取数据的分析算法进行了研究,设计了一种基于激光图像扫描的新型算法,利用C语言与Matlab混合编程,通过对人体目标肩部截面进行椭圆拟合,实时测取了运动人体目标的距离、角度和方位信息,并通过Matlab GUI显示.二维激光扫描仪通过旋转的光学部件发射光脉冲,形成了二维的扫描面,以实现区域扫描及轮廓测量的功能.研究结果表明,利用激光扫描仪测取的人体目标的位置信息与真实的人体目标的位置信息相比基本吻合,距离范围为0m～4m,距离精度优于0.05 m,角度范围为240°,角度跟踪精度优于2°,方位范围为360°,方位精度最高1 °,该算法可用于需要对人体目标进行实时追踪的工程应用中,例如用于对人体目标实时跟随的移动平台或机器人中.     

数据处理的Beta分布拟合法

在测量数据处理中,如何确定误差分布是一个态分布的.而beta分布通过调整参数后可以逼近多种分布,省却了判断分布形式的困难.通过提出一种计算方法,利用beta分布拟合参数,并计算数据处理结果.通过激光数字干涉仪测平晶面形峰谷值的实例证明,该方法是切实有效的.     

发动机叶片截面型线拟合算法比较

由于发动机叶片型面复杂且参数繁多,通常需对叶片各个截面进行检测,即把对叶片型面的检测转化为曲线测量,针对这一难题,研究了叶片截面型线的拟合算法。三次样条插值、Bezier曲线拟合、三次B样条曲线拟合是曲线造型具有代表性的三种方法,对比这三种方法的优缺点来确定适合叶片截面型线拟合的算法,并通过实例,利用三坐标测量机得到14组叶片截面型线的离散数据点,通过MATLAB编写程序来验证截面型线的拟合算法。根据三种方法理论上的优缺点和实验结果的图形显示对比可知,三次B样条曲线拟合的结果最为理想,该结论为叶片型面检测提供了依据。     

激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响

以解析各向异性分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时,激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布。通过激光晶体工作特点分析,考虑了激光分布和激光光束半径变化,建立了符合激光晶体工作状态的热模型。利用各向异性介质热传导方程的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式。研究结果表明：当使用输出功率为15W半导体激光器（超高斯阶次为1）端面中心入射Nd:YVO4晶体（晶体掺钕离子质量分数为0.5%）时,在抽运端面中心获得243.8C最高温升和1.99m最大热形变量,与实验结果一致。这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

基于特征点自动识别的B样条曲线逼近技术

提出一种实用的用三次B样条曲线逼近稠密且带噪声的二维断面数据点列的算法。剔除数据点列中的重合点并对其进行均匀弧长重采样处理后,利用相邻点拟合圆弧的方法来近似计算各数据点的离散曲率值,并根据相邻点之间的离散曲率符号变化情况及相近点之间的曲率值和曲率差分关系自动识别出断面数据中绝大多数的特征点(拐点、折痕点、曲率极值点)。构造插值于特征点的B样条曲线,并在逼近误差最大处插入新的插值点。重复这一过程,直到逼近误差小于预先给定值,从而得到最终插值点列并构造相应的B样条曲线。试验结果表明,所构造的曲线节点数目及其分布合理,能够很好地反映原始断面数据点列中的细小特征部分。该算法具有速度快、逼近精度高等特点,可广泛应用于二维断面数据的曲线重建。     

A module for shaping control signals of the T0 detector of the ALICE experiment

An algorithm for synchronizing operation of the T0 start detector (ALICE experiment on the Large Hadron Collider) with an accelerator, a data reading system, and a laser detector testing system is described. The main functions and arrangement of the GRPG electronic module inserted additionally into the electronic support structure of the detector for shaping control signals are considered in detail.     

Separation of emission lines of multiply charged ions against background of a very noisy spectrum of femtosecond laser plasma

At high intensities of interaction of femtosecond laser pulses with various targets, numerous high-energy particles emitted from plasma in all directions lead to the appearance of parasitic peaks in the X-ray spectra of femtosecond laser plasma (FLP) during detection of these peaks with a detector based on a charge-coupled device (CCD). The algorithm proposed in this study allows identification of parasitic peaks in a series of experimental spectra, which are recorded for each pixel of the CCD detector independently of other pixels, and removal of these peaks. The algorithm is able to detect peaks in the presence of both variations in the intensities of spectral lines and very intense noise. The efficiency of the algorithm has been confirmed via testing with the use of a series of model spectra and spectra of Fe and Al ions recorded in experiments devoted to studies of the interaction of ultrahigh-intensity and ultrashort laser pulses with solid targets.     

A novel algorithm for acoustic above ground marking based on function fitting

Magnetic Flux Leakage detector (MFL_PIG) is widely used in long-range pipeline inspection. Acoustic above ground marking device is an important part of the location system in the MFL_PIG. A novel above ground marking algorithm based on function fitting is proposed to reduce marking error of above ground markers (AGMs). Experiments were carried out on a 2.5 km long pipeline on site. The results demonstrate that the function fitting algorithm has higher precision and anti-interference ability than traditional marking method-extreme value algorithm, and it works very well when SNR of the signal is greater than −2 dB.     

视觉测量中亚像元图像特征定位算法

提出一种利用Facet模型进行图像特征高精度定位的新方法。通过构造一组二维的正交多项式基底,能快速拟合Facet模型的曲面参数方程来表示图像灰度分布,再沿曲面上最大梯度方向的二阶导数的零交叉高精度定位图像角点和边缘特征。该方法采用拟合方法代替插值方法,能减少对噪声的敏感,可提高曲面小片构成的灵活性与边缘检测的精度及计算效率。通过对多幅不同真实图像进行试验验证,结果证明该方法稳定可靠、精度较高,能在视觉测量中有效地提高测量精度。     

基于一种改进逐点比较插补法的激光打标机控制加工算法

在激光打标系统中,逐点比较插补法是一种普遍使用的算法。这种算法在控制激光运动轨迹和对图像轨迹的拟合过程中,起到极其重要的作用。由于逐点比较插补法具有运算直观,脉冲输出均匀,调节方便等特点,所以是一种较为适合打标机系统应用的插补算法。但是传统的逐点比较插补算法存在精度低和速度慢等问题。为了改善该算法的性能,对传统逐点比较插补算法进行了改进,并进行了计算和模拟仿真。结果表明改进比较插补算法在精度和速度上都有明显提高。     

基于傅里叶相位差的抗噪声位移估计算法

提出了一种利用连续图像相位谱的差估计运动目标位移的抗噪声算法。根据傅里叶相移特性,用连续两幅图像相位谱差的周期性变化或剖面的斜率计算图像中运动物体的位移。向量滤波的应用在去除噪声的同时,有效保留了周期性信号在一个周期结束点的跳变性质。分段拟合是从周期性信号中计算斜率的合理方法。本算法在频域估计运动位移,能够克服背景光照变化的影响,克服10％的高斯白噪声,分辨率达到一个像素。     

基于NURBS的自由曲面精确拟合方法研究

提出了一类卷曲模型的NURBS曲面建模新方法。借助提出的截面轮廓设计技术,构造了点云数据的系列截面轮廓线,并以蒙皮操作为基础得到了能反映点云基本几何特征的基面。应用参数校正技术,给出了一种合理且比较有效的基面参数化方法,并由此用加权最小二乘算法实现了基于迭代的NURBS曲面的精确拟合。实际的算例结果验证了方法的实用性及精确性,非常适于模具型腔建模。     

基于特征保持的MLS截面数据拟合算法研究

提出改进的移动最小二乘(MLS)截面数据拟合算法,改善传统MLS拟合方法导致尖锐特征消失情况。首先引入与切矢夹角相关的权函数来改善原来的距离权函数。取计算点的切矢向量为其最近节点的切矢向量,当节点切矢向量与计算点切矢向量夹角大于阈值,该节点角度权值为0,否则为1。最终的权函数为距离权函数与角度权函数的乘积。其次,通过引入无穷小量,将特征点分解为两个无限与其靠近的数据点。经实验验证,当影响域半径在适当范围内变化时,改进的MLS方法均能很好地保持特征。     

Multichannel digitizer for routine monitoring of ion emission from laser-driven implosions

The design and construction of a multichannel Faraday cup detector and digitizer system for routine monitoring of ion emission characteristics from laser driven implosions are discussed. Experimental results are presented to demonstrate the operation of the device.